片式元件立碑工艺缺陷的分析与解决.pdf

片式元件立碑工艺缺陷的分析与解决 王文利 深圳信息技术学院 广东 深圳 518029 摘要：微型片式元件立碑是电子组装过程常见的工艺缺陷，特别随着电子产品的微型化， 立碑的问题越来越突出，本文系统介绍了片式元件立碑的机理及主要影响因素，提出了通过 设计、工艺、设备的优化来解决立碑缺陷的主要措施。 关键词：片式元件 立碑 机理 消除 电子产品的发展趋势是功能越来越多、重量越来越轻、价格越来越低、外形越来越小， 对元器件的要求则是尺寸越来越微型化，这不仅表现在诸如 BGA、CSP、QFP 等封装形式的有 源器件的尺寸缩减、间距变小，电容和电阻之类的分立元件的尺寸也要求相应减小，图 1 左边所示为片式元件微型化的发展趋势，图 1 中右边部分为 0402、0201 与火材头、蚂蚁的 尺寸对比。 由于手机等移动终端类产品的多功能化、小型化趋势，使得手机内部的元器件贴装密度 迅速增加，微型片式元件的使用量加大。目前3G手机上MLCC、Chip-R、片式电感器的用量激 增，由平均 300 多只增长到 600 多只，片式电感的用量增加一倍达到 60 只以上。随着这些 0402、甚至 0201 微型封装元件使用的迅速增加，以及组装密度的不断提高、组装难度的加 大，使得微型片式元件组装所面临的加工缺陷成为应用中的主要挑战，而微型片式元件最常 见的缺陷之一便是立碑。 图 1 片式元件微型化发展趋势及 0402、0201 电阻与火材头、蚂蚁的尺寸对比 Fig1 Small trend of Chip Component and Size of 0402 0201 Chip Contrast to ant and First Fire 1. 立碑缺陷的机理分析 立碑缺陷即所谓的墓碑(tombstoning)、吊桥(drawbridging)、石柱 (stonehenging) 和曼哈顿(Manhattan)现象，都是用来描述如图 2所示的片式元件工艺缺陷的形象说法，这 类缺陷的典型特点就是元件一端在回流焊过程中翘起一定角度。在早期的表面组装过程中， 立碑现象是与气相回流焊、红外回流焊工艺强相关的问题。气相回流焊接中，立碑的主要原 因是由于元件升温过快，升温时没有一个均热的过程再达到焊膏融化，导致热容量有差异的 元件两端焊膏不是同时熔化，器件两端的润湿力不平衡导致立碑现象发生。而红外回流焊接， 焊盘、焊膏、焊端颜色的差异导致吸收热量的不同，引起两端焊膏不同时融化，器件两端的 润湿力不平衡而引起立碑。 - 232 - 图 2 片式元件焊接过程中的立碑缺陷 Fig2. Tombstoning Defect of Chip Component in Soldering 随着片式元件焊端质量的提高、热风回流焊的广泛使用以及对回流曲线的优化研究，立 碑现象逐渐减少，已经不是 SMT 组装过程中的一个重要问题了。但是，近两年随着电子产品 功能多样化、尺寸小型化带来的器件微型化，特别是移动终端类产品中 0402 封装器件的大 量使用，立碑缺陷又成为电子组装工艺的一个主要缺陷，对产品的加工质量、直通率、返修 成本都产生了很大的影响。 从机理上来分析，立碑缺陷产生的本质原因是器件两端的润湿力不平衡，当一端的润湿 力产生的转动力距超过了另一端润湿力及器件重力联合作用的力距时，在转动力距的作用下 把元件一端提升起来了，器件的受力过程如图 3 所示。 图 3 立碑现象的力学分析